2.5 Электромеханические реле с постоянным магнитом и указательные реле

2.5.1 Общие сведения об электромеханических реле с постоянным магнитом. Устройство и принцип действия поляризованных реле.

2.5.2 Принцип действия и основные технические данные промежуточных поляризованных реле РП-8, РП-9,

РП-11, РП-12.

2.5.3 Указательные реле серии РУ-21.

2.5.4 Герконовые реле.

2.5.5 Магнитоэлектрические реле.

Электромеханические реле с постоянным магнитом

Электромеханические реле с постоянным магнитом подразделяются на магнитоэлектрические и поляризованные реле. Как те, так и другие имеют малое потребление мощности и являются высокочувствительными и быстродействующими реле. Благодаря наличию постоянного магнита они реагируют на направление постоянного тока в обмотке, в связи с чем эти реле применяются, например, в качестве реагирующих элементов (нуль - органов) полупроводниковых схем сравнения.

Поляризованные реле

Поляризованные реле работают на электромагнитном принципе. Поляризованным называется электрическое реле постоянного тока, изменение состояния которого зависит от полярности входной воздействующей величины. На подвижную систему реле действуют два независимых магнитных потока: один - Ф_р – рабочий поток, который создается током в обмотке реле, другой - Ф_п – поляризующий, создаваемый постоянным магнитом.

Поляризованные реле подразделяются на:

• реле, выполненные по дифференциальной системе;

• реле, выполненные по мостовой системе.

На рисунке 1 представлен принцип устройства и действия поляризованного реле мостовой системы. Реле состоит из постоянного магнита 1, создающего поляризующий поток Ф_п, электромагнита 2 с обмоткой 3, создающего рабочий магнитный поток Ф_р, якоря 4 с укрепленным на нем подвижным контактом 5 и неподвижных контактов 6.

Рисунок 1 Принцип устройства и действия поляризованного реле

При отсутствии тока в обмотке реле на якорь действует один магнитный поток Ф_п (рисунок 1,а). Среднее (нейтральное) положение якоря неустойчивое. Достаточно небольшой несимметрии в воздушных зазорах и равенство магнитных потоков правого и левого плеч нарушится; якорь придет в движение и притянется к одному из полюсов (к ближнему) (рисунок 1,б). При этом Ф_{п лев}  Ф_{п пр}.

Если на обмотку реле подать напряжение постоянного тока, как показано на рисунке 1,б, то возникнет рабочий магнитный поток Ф_р, который циркулирует, главным образом, по внешнему контуру магнитопровода. В левом зазоре суммарный магнитный поток

В правом зазоре

В результате якорь реле еще сильнее прижмется к левому полюсу магнитопровода.

Если изменить полярность подводимого напряжения (рисунок 1,в), то направление рабочего потока Ф_р изменится на противоположное. Теперь

По мере возрастания рабочего потока Ф_р (при увеличении U_р) от нуля до величины срабатывания реле поток уменьшается, а возрастает. При якорь окажется в неустойчивом состоянии.

Дальнейшее небольшое увеличение рабочего потока приведет к преобладанию суммарного потока в правом зазоре, якорь отпадет от левого полюса и притянется к правому полюсу. По мере увеличения левого зазора будет уменьшаться поляризующий поток левого плеча Ф_{п лев}; и, наоборот, будет возрастать Ф_{п пр}. Это обстоятельство обеспечивает надежность срабатывания реле при небольшой входной воздействующей электрической величине.

При снятии U_р якорь останется у правого полюса. Для того, чтобы реле вновь переключилось, необходимо вновь изменить полярность напряжения U_р. Таким образом, поляризованное реле обладает направленностью действия.

Электромагнитная сила F_э, действующая на якорь реле, определяется выражением

Здесь зазоры между подвижным и неподвижным контактами;

В условиях срабатывания F_э = 0, следовательно

При движении якоря величина уменьшается до нуля, меняет знак, а затем увеличивается. Поэтому электромагнитная сила F_э по мере движения якоря при срабатывании реле нарастает.

Электромагнитная сила F_э линейно зависит от рабочего потока Ф_р, т.е. от подведенной к обмотке реле электрической величины. Тогда как у рассмотренных ранее электромагнитных реле сила F_э является квадратичной функцией подведенной электрической величины. Это позволяет обеспечить высокую чувствительность и надежную работу реле. Поляризованные реле имеют значительно меньшее потребление мощности при срабатывании, чем электромагнитные реле, и более высокое быстродействие .

У рассмотренного выше поляризованного реле неподвижные контакты расположены по обе стороны от нейтральной линии на равном расстоянии от нее. Такая настройка реле называется НЕЙТРАЛЬНОЙ (рисунок 2,а).

Применяется также другая настройка – «НА ПРЕОБЛАДАНИЕ» (рисунок 2,б).

а) б) в)

Рисунок 2. Виды настройки контактов поляризованного реле.

На рисунке 2,в показана трехпозиционная настройка реле. При подаче напряжения одной полярности замыкается один контакт,- другой полярности – второй контакт, а при отсутствии U_р якорь возвращается в нейтральное положение.

Недостатками поляризованных реле является :

• малая мощность контактов;

• невысокий коэффициент возврата.

В релейной защите и противоаварийной автоматики поляризованные реле получили широкое применение.

• РП-4 – поляризованное реле с нейтральной настройкой контактов;

• РП-5 – поляризованное реле с трехпозиционной настройкой контактов;

• РП-7 – поляризованное реле с настройкой «на преобладание».

Потребляемая мощность:

• РП-4 и РП-5 Р_потр = 0,010,15мВт;

• РП-7 Р_потр = 0,15 – 1.0мВт.

Время срабатывания t_ср = 0,005с.

Поляризованные реле рп – 8 и рп – 11

Реле РП-8 и РП-11 выполнены на U_ном постоянного тока 24, 48, 110, 220В.

Напряжение срабатывания составляет не более 0,7U_ном.

Потребляемая мощность Р_потр = 10Вт.

Реле РП-8 имеет семь замыкающих и семь размыкающих контактов.

Реле РП-11 имеет один замыкающий, один размыкающий и два переключающих контакта.

РП – 8

РП – 11

Рисунок 3 Схемы внутренних соединений реле РП – 8; РП – 11.

Р абочие обмотки реле РП- 11 (и др.) не приспособлены к длительной подаче напряжения, и разрыв их цепи, осуществляемый переключающими контактами, препятствует этому. Реле работает только при одной полярности напряжения. После включения одной из катушек якорь поворачивается в одном направлении, а контакты готовят цепь второй катушки и разрывает цепь первой.

Рисунок 3,а.

На рисунке 3 приведены схемы внутренних соединений двухпозиционных реле постоянного тока РП –8 и РП – 11.

Срабатывание реле происходит в результате взаимодействия двух магнитных потоков. Поляризующий магнитный поток создается постоянными магнитами, управляющий – обмотками реле, включенными последовательно с размыкающими контактами. Управляющий поток реле постоянного тока имеет различные направления (прямое и обратное) в зависимости от направления тока в обмотке. Этим обеспечивается срабатывание реле в нужную сторону.

Поляризованные реле рп – 9 и рп- -12

Реле РП – 9 и РП – 12 выполнены на номинальное напряжение переменного тока 100, 110, 127, 220В.

Напряжение срабатывания U_ср = 0,8U_ном.

Потребляемая мощность Р_потр = 25ВА.

Срабатывание реле переменного тока происходит при определенной полуволне тока в обмотке, при котором создается поток нужного направления.

РП – 12

Рисунок 4

Обмотки двухпозиционных промежуточных реле типа РП-8, РП-9, РП-11, РП-12 не рассчитаны на длительную работу под напряжением и включаются только на время срабатывания реле (например, проскальзывающим контактом).

Контакты реле способны коммутировать мощность до 450ВА при коэффициенте мощности не менее 0,5 и токе до 2А или постоянный ток мощностью до 50Вт при токе не более 2А.

Время срабатывания реле составляет 0,06с.

Указательные реле (ру - 21)

Для получения информации о срабатывании, возврате, действии или отпускании различных аппаратов (в т. ч. реле) в схемах защит и автоматики служат указательные реле. Использование указательных реле облегчает анализ действия защиты и помогает определить характер повреждения.

В указательных реле, как и в промежуточных, используется электромагнитная система клапанного типа.

Указательные реле различаются по типу обмоток:

• реле с обмоткой напряжения;

• реле с токовой обмоткой.

В соответствии с этим указательные реле подразделяются на реле с параллельным включением в контролируемую цепь и реле с последовательным включением. Наиболее распространены последние.

Обмотка РУ последовательного включения включается в цепь обмоток других реле или аппаратов (например, в цепь отключения выключателя) и, срабатывая от тока, проходящего по этой цепи, фиксирует ее замыкание, а значит и факт срабатывания реле (катушки отключения).

На рисунке 5 приведена упрощенная схема защиты электродвигателя токовой отсечкой с одним реле мгновенного действия КА и показано электропитание указательного реле КН.

Рисунок 5 Упрощенная схема токовой защиты двигателя

Обмотки указательных реле параллельного включения включаются параллельно обмоткам других реле (аппаратов) и, срабатывая от напряжения, подаваемого на обмотку контролируемого реле (аппарата), фиксируют факт появления напряжения в этой точке электрической схемы.

Указательное реле серии РУ – 21 применяются в цепях постоянного тока схем защит и автоматики для указания о происходившем срабатывании устройства РЗ в целом или его отдельного звена.

Общий вид реле и схема внутренних соединений приведены на рисунке 6.

Электромагнит реле состоит из скобы 13, сердечника с катушкой 2 и якоря 3, который удерживается в начальном положении пружиной 12.

К скобе электромагнита крепится скоба контактно-указательного устройства 8, на которой смонтированы:

• колодка подвижных контактов 9;

• пластмассовый барабан и устройство возврата барабана в начальное положение.

На пластмассовом барабане укреплены зуб защелки 4, контактные мостики 5 и указательный диск с грузом 6. На указательном диске черной эмалью нанесены три сектора.

На передней стенке скобы 8 сделаны три секторных выреза, с которыми совпадают секторы указательного диска (белого цвета или черного).